كيف ينشأ البرق؟ أستاذ هندسة كهربائية يجيب الجزيرة نت

شغلت كيفية تَكَوُن العواصف وحدوث ظواهرها عقول الباحثين في كل مكان على مدار العصور، وفي هذا العام تمكن فريق من باحثي كلية الهندسة بجامعة ولاية بنسلفانيا الأميركية من فهم آلية ولادة البرق.

ويقول فكتور باسكو، قائد الفريق البحثي وأستاذ الهندسة الكهربائية، في حديثه إلى الجزيرة نت: "يتمثل سبب ولادة البرق في ظاهرة الانهمار الإلكتروني الذي يعزز بسبب قوى المجال الكهربائي الموجودة في السُحُب الجوية".

مصدر الصورة

كيف يبدأ انهمار الإلكترونات؟

الانهمار الإلكتروني هو ظاهرة تحدث عندما تتحرك الإلكترونات داخل غاز (المسافة بين السحابة والبرق) بسرعة كبيرة تحت تأثير مجال كهربائي قوي، فتبدأ في اصطدام الذرات وإخراج المزيد من الإلكترونات منها، فيتضاعف عدد الإلكترونات بسرعة مثل كرة الثلج التي تكبر وهي تتدحرج.

وبحسب الدراسة ، التي نشرت في دورية "جيوفيزيكال ريسيرش"، لكي تبدأ عملية انهمار الإلكترونات، لا بد من وجود إلكترونات حرة ذات طاقة، ويوضح باسكو أن مصدر هذه الإلكترونات تعرّض الغلاف الجوي إلى الأشعة الكونية.

ويطلَق على هذه الإلكترونات اسم "الإلكترونات البادئة"، وهي المادة الأساس التي تبدأ التفاعل المتسلسل المسؤول عن الانهمار الإلكتروني في الأخير.

وهذا الانهمار، طبقا لباسكو، يعود سببه إلى: "اصطدام الإلكترونات بجزيئات الهواء فيما يُعْرَف باسم التصادم المُؤَيِن، ويؤدي هذا التصادم إلى إنتاج مزيد من الإلكترونات".

والتصادم المُؤَيِن يعني اصطدام الإلكترونات الحرة (الإلكترونات البادئة في هذه الحالة) بالذرات أو الجزيئات، مؤديا إلى تحرير الإلكترونات الموجودة في هذه المواد.

مصدر الصورة

مزيد من التفاعلات

يقول باسكو: "يمد المجال الكهربائي الموجود في الجو هذه الإلكترونات بالطاقة، معززا تصادمها مع جزيئات الهواء الأخرى، بالتالي تحرر مزيد من الإلكترونات، وهكذا".

ومن ناحية أخرى، يؤدي هذا الاصطدام إلى انشطار نواة ذرات الأكسجين والنيتروجين في الهواء، وهو ما يؤدي بدوره إلى إنتاج الفوتونات، خاصة أشعة إكس، ويُطلق على هذا الإشعاع اسم "بريمسشترالونج".

ويوضح باسكو أهمية هذا الأمر: "عادة ما تتحرك هذه الإشعاعات في كل الاتجاهات، وهو ما يتضمن ارتدادها إلى الخلف بعكس حركة الإلكترونات، مما يؤدي إلى إنتاج مزيد من الإلكترونات البادئة الجديدة عبر التأثير الكهروضوئي".

ويصف باسكو دور أشعة إكس بعملية "التغذية الراجعة"، ويوضح أن دراسته تشير إلى دور هذه العملية في بناء "تسلسل من الانهمارات الإلكترونية التي تزداد قوة واحدة بعد أخرى".

أين يتولد البرق خلال هذه العملية؟

تسبب العملية السابق ذكرها التي تتضمن التأيين وتحرير الإلكترونات إنشاء قنوات ناقلة للكهرباء يُطلق عليها اسم "الشحنات الخيطية غير الحرارية"، وتسهم هذا القنوات في تفريغ الطاقة الكهربائية المُخَزَّنة في صورة شرارة.

ويوضح باسكو: "تعمل هذه القنوات المنشأة على تسخين الهواء، وتتحول إلى قنوات ذات قدرة توصيل كهربائية عالية، وهو ما نطلق عليه اسم "قادة البرق"، وهي عملية تحدث خلال مدة قصيرة جدا وفي حيز ضيق، الأمر الذي أثبتناه في دراستنا، والذي يتفق مع ملاحظات الدراسات السابقة".

ويقول باسكو: "يوجد فرق بين دراسة نشأة البرق وكيفية ضرب الصواعق الأرض، ودراستنا تختص بفهم الأولى".

ويستدرك: "نشأة البرق -أو بداية حدوثه- أمر ليس سهل التحكم، فهو يتضمن مكونات عدة داخل عملية التكوين، ونحن لا نستطيع التنبؤ بالموقع المحدد الذي ينشأ فيه المجال الكهربائي، كذلك لا يمكننا التنبؤ بإمكانية ظهور الإلكترونات البادئة (المتأثرة بالإشعاع الكوني)".